UIC 615-4 动车组转向架构架结构强度试验.doc

UIC标准6 1 5 4O R第一版，1.1.94移动电话装置转向架和行驶机构转向构架的结构强度测试国际铁路联盟按卷分类的活页资料：5运输车辆6牵引8技术规定修改：初步意见：必须履行的条款以星号“*”领先：页边上的双垂直线（II）表示出在页脚上所示的日期上引入的修改。本活页资料的实现，受到本文档资料末尾标题“应用”部分所规定条款的影响。注意：本活页资料是一套资料的一部分，它还包括：活页资料N505-1：铁路车辆的结构规范。活页资料N510-2：拖曳车辆：涉及到带有不同类型行驶机构的各种直径轮子使用的条件。活页资料N512：铁路车辆：为了避免轨道电路和轨道接触器运行中的困难而要满足的条件。活页资料N513：估计铁路车辆中关于旅客的振动舒适性的指南（正在拟订）。活页资料N518：铁路车辆从动态行为观点进行的试验和标准。安全性轨道疲劳行驶的质量。活页资料N541：制动：涉及各种不同制动零件制造的规则（正在拟订）。活页资料N543：制动：与牵引车辆有关的设备和使用规则。活页资料N544-1：制动：制动功率。活页资料N546：制动：关于旅客列车的大功率制动。活页资料N552：列车从列车电缆取得的电动率。活页资料N566：卧铺车辆车身及其部件的加载。活页资料N569：适合于渡船运送的卧铺车辆和货车在建造中要遵从的规则。活页资料N651：火车头，轨行动力车，复合式列车和牵引拖车驾驶室的布局。活页资料N811-1：用于牵引和拖曳车辆轮轴支承的技术规定。活页资料N811-2：用于牵引和拖曳车辆轮轴的技术规定公差。活页资料N812-2：用于牵引和拖曳车辆的实心车轮公差。活页资料N813：用于牵引和拖曳车辆车轮支承的技术规定公差和装配。活页资料N814：预定用于铁路车辆滚柱轴承轴箱润滑油脂的官方测试和供应的技术规定。草案文档资料：关于铁路产品技术验收的规程。目 录1. 引言52. 一般条件53. 带有例外负载的静态测试63.1 施加负载的定义63.2 测试规程和获得的结果74. 模拟主要使用中负载的静态测试74.1 施加负载的定义74.2 测试过程74.3 获得的结果85. 模拟特定使用中负载的静态测试95.1 施加负载的定义95.2 测试规程105.3 获得的结果106. 疲劳测试106.1 测试条件106.2 施加负载的定义106.3 测试规程116.4 获得的结果127. 疲劳强度的估算12附录1：静态测试期间的加力显示图13附录2：疲劳测试期间的加力定时图14附录3：疲劳测试期间负载程度的定义15*1. 引 言本活页资料是关于电动转向架技术审定的一套资料的一部分，它还包括活页资料615-0，615-1，515-3，615-4和515-5。活页资料615-4说明验证转向构架经受使用中负载能力的测试（在测试试验台上进行）。4组测试的区别是： 带有例外负载的静态测试：这些测试用来验证由于迭加了最大使用中负载是否有使转向架产生永久性变形的危险。 模拟主要使用中负载的静态测试：这些测试验证由于迭加了主要使用中负载（垂直力和横向力，轨道扭曲影响）是否有疲劳断裂的危险。 模拟特定使用中负载的静态测试：这些测试验证由于转向架部件（电动机，制动器，冲击吸收器，车体防滚平衡杆）和通过小半径弯道行驶引起的重复应力是否有造成局部疲劳断裂的危险。 疲劳测试：这些测试能够查实整个转向架的使用寿命，估计安全裕量，以及不能被静态测试检验识别的可能的弱点。因此，它们应当在静态测试之后进行。考虑到现有试验装置的能力，这些测试只能是建议而已。按照本文档资料的引证，所施加力的值，在单纯经验基础上尚难求得，并且因此应当考虑临时标准（与拖曳车辆转向架相矛盾）。*2. 一般条件应当验证用于测试的转向架是否完全符合设计图的要求，并且是否利用像在系列生产中的相同过程加工制造。 建议在转向架上进行的静态测试要配备它的悬挂装置以及其相关的牵引电动机。 由于实际的原因，这种安排通常对于疲劳测试是不可能的；因此，用于这些测试的测试安排应当仔细进行分析。测试的安排应当尽量重现使用中所观察到的变形。特别应当引起注意的是，分布在几个互连部件（枢轴，弹簧，制动器等等）上的那些力的传播。在最高应力点上的应力要借助于应变仪进行测量；要使用： 在主应力的方向已知的那些位置上使用单向应变仪； 在两个主应力的方向已知的那些位置上使用双向应变仪； 在所有其余情况下使用3向应变仪（菊花状应变片丛）。应变仪的有效部分应不超过6mm。应变仪的位置只应由有经验的人员利用有限元法的分析结果来确定。如果需要，可以利用应变指示漆或任何其他适当方法进行初步测试。符号和负载的定义：nb= 转向架数。ne= 每个转向架的轮副数。m+(kg)= 转向架的重量。mv(kg)= 车辆按动作次序（与上燃料和上水有关）的空重量。对于运载旅客的车辆的测试负载，要按照适用于干线车辆的活页资料566的方法计算。c1： 每个座位1个旅客，80 kg（1）； 在过道和进口门廊中每m2 4个旅客（2）； 行李间中每m2 300kg。c2： 每个座位1个旅客，80 kg（1）； 在过道和进口门廊中每m2 2个旅客（3）； 行李舱中300 kg/m2。附注：(1)：对于郊区车辆，1个旅客为70 kg。(2)：依据服务类型，可以增加到10。(3)：依据服务类型，可以增加到4。*3. 带有例外负载的静态测试*3.1 施加负载的定义（见附录1的图） 每个转向架的垂直测试负载（每个底杆一个垂直测试负载）。 每个转向架的横向测试负载。 与轮子之一水平面转向架的扭曲上的100%卸载相对应的，以便模拟横向位移转向架的情况。注意：1：在带有例外负载的测试程序的情况下，纵向力无法模拟。2：带有3个轮子的转向架（ne=3），假定中心轮副不参与横向力的传递。3：因子1.4在例外情况下可以增大到2，那种情况被认为是运行条件特别严酷。*3.2 测试规程和所获得的结果测试分两个阶段进行： 初步测试，在负载等于最大值一半的情况下进行，以便查明在满负载测试期间将不至于出现重要问题； 满负载测试，它必须不致引起在任何一个点上发生超过弹性极限的情况，并且在测试负载撤除后不引起任何永久变形。作用在转向架上的惯性力在本测试中无法模拟。因此，为平衡车轮水平面上的力而加在第二悬挂装置上的横向力，通常是很大的。结果，如果位于第二横向悬挂装置上的部件中弹性极限被超过，则测试应当在横向力减小一半的情况下仅对那些部件重新进行。*4. 静态测试，模拟主要使用中负载*4.1 施加负载的定义（参见附录1中的图）： 垂直力：作用在纵向底杆上的垂直力FZ1与FZ2，要按照第4.2中表格，使用下面的公式定义： 每个转向架的横向力：Fy (N) = 0.5 (FZ + 0.5 m+g) 与车轮水平面上的轨道扭曲5相对应的转向架的扭曲。*4.2 测试规程：测试的安排应当允许将力加到使用中出现的位置上，并且同时模拟与悬挂装置和连接到这些部件上的转向架/车身相关联的身由摆动的演示和摆动程度。初始状态（测量仪表的零点）被定义成不带牵引电动机的转向构架。在安装牵引电动机之后，转向构架承受各种负载配置的作用，以便模拟： 垂直作用力由于车身的垂直运动（弹跳）而发生动态变化，它用垂直力的百分数来表示：bFZ； 垂直作用力由于车自的滚动运动而发生动态变化，它用垂直力的百分数来表示：aFZ；通常，对于欧洲铁路上的正常运行条件：a=0.1b=0.2如果轨道的质量已知显著低劣，或者如果机车车辆运行在铁道弯线外轨加高不足条件下时，可以使用较高的值。注意：动态负载由于牵引电动机的惯性而发生变化的情况在第5章中讨论。相继施加的各种不同负载的配置应按下表中所示定义：负载情况每个底杆的垂直力施加到转向架上的横向力FZ1FZ20牵引电动机的安装0123456789FZ(1+a-b)FZ(1+a-b)FZ(1+a+b)FZ(1+a+b)FZ(1-a-b)FZ(1-a-b)FZ(1-a+b)FZ(1-a+b)FZFZ(1-a-b)FZ(1-a-b)FZ(1-a+b)FZ(1-a+b)FZ(1+a-b)FZ(1+a-b)FZ(1+a+b)FZ(1+a+b)FZ00+Fy0+Fy0-Fy0-Fy在这些测试之后，负载情况n 3，5，7和9与轨道扭曲迭加在一起重复进行测试。轨道扭曲的引进不应修改垂直力之和。注意：负载情况2，4，6和8的目的只是估计横向力的影响。*4.3 获得的结果：在每个测量点上，记录下从在第4.2段中定义的每种负载情况得到的应力。从这些值中，取得最小值smin和最大值smax，以便确定：在与当前的知识状态相应的一些文档资料中，着眼点放在限制应力方面，例如，在ERRI B12 RP17报告的附录6中给出的Goodman Smith图即是如此。不过，在已经设计的疲劳测试方案的情况下，以及仅仅在这种情况下，在有限数目的测量点上，允许这些极限应力最多超过20%，这种情况随后在疲劳测试期间要特别小心地予以监控。在转向架部件位于第二横向悬挂装置上时，如果弹性极限由于横向力的影响而超过20%，则测试应当按照第3.2段中的说明，在横向力减半的情况下，仅对那些受影响的部件重复进行。*5. 模拟特定使用中负载的静态测试*5.1 施加负载的定义：在这些测试期间所模拟的力，大多数都被链接到转向架的特殊设计的部件上，并且连接到它的操作使用部件（牵引，制动）上。因此毫无遗漏地在这份活页资料中定义所有的测试是不可行的。此外，它可以指出有关当前在主要的欧洲铁路上使用的各种类型的标准转向架的测试过程。*5.1.1 牵引电动机和传动装置：由于电动机和传动装置的惯性所产生的动态影响要通过施加下面的作用来模拟： 施加在中心横梁上的安装点上：交变力等于电动机重量的0.2（1）倍， 施加在头架上的安装点上：交变力等于安装在这些头架上的部件重量的3倍。 这些力是否被组合起来，应当逐个情况地进行检测。*5.1.2 电气牵引/制动设备：模拟作用在转向构架上的驱动力被加到轴箱的水平面上。模拟电动机反作用转矩的力被加到转向架支架的水平面上。*5.1.3 气动制动设备：模拟制动设备对结构影响的力被加到它们正常出现的那些位置上（即，由制动块作用在车轮上引起的力或由制动器衬垫作用在制动盘上引起的力）。所用的值是与最大使用中的制动力相对应的那些力的值。*5.1.4 冲击吸收器：1.5 FA的作用力被加到每个冲击吸收器位置上的转向架上（抗偏转，垂直，横向或纵向）。FA等于导致疲劳负载的力的值。这种力通常对应于由冲击吸收器在其额定速度上产生的力。*5.1.5 抗滚动杆：如果抗滚动杆在第4章中定义的测试期间未能安装（例如，在带有气动第二悬挂装置的转向架的情况中），则应进行一个特殊测试，这要将抗滚动杆连接到测试试验台上的横向结构上，并且首先使后者朝向一侧倾斜，并且随后以一个相应于通常使用中的值（大约20毫弧度）的角度向另一侧倾斜。*5.1.6 纵向力：纵向力是由于车辆行驶通过小半径弯道时的偏转运动和作用在轮副上的力所引起的。对于带有外转向轮副的常规转向架，这个力的值典型为：附注：FX力可以利用测试试验台，其他轮副，或作为支承点的转向构架加上去。*5.2 测试规程：在所有的情况下，垂直负载FZ首先被加到每个纵向转向构架的成员上。记录下4个车辆水平面上垂直反作用力的值（Q11，Q12，Q21，以及Q22）。前几段中所提到的各个力随后被加上，首先加在一个方向上，随后加在另一个方向上，此时验证反作用力（Q11，Q12，Q21，以及Q22）之和是否仍然保持恒定不变。按照这种办法，在每个应变测量点上得到三个值，从其中选取最小值和最大值，以便确定save和Ds。*5.3 获得的结果：对于这些测试中的每一种，应当考虑两种情况： 对于模拟主要使用中负载的那些测试点，仅显示出存在很低的应力，它将充分证实由于特殊负载所引起的应力低于该极限值。 对于在第4章中所定义的那些测试点，显示出存在显著应力，所获得的应力应是被迭加到一起了，并且它应证明极限值未被超过。*6. 疲劳测试*6.1 测试条件：疲劳测试要在下列情况下进行： 在完整的转向构架上进行，此时它可能被施加测试力，并且未拆除驱动系统（牵引电动机和传动机构），或者 在拆除驱动系统之后，但却仅当后者对转向构架无贡献时。*6.2 施加负载的定义： 垂直力（每个底杆）：静态分量： FZS1=FZS2=FZ（像在第4.1节中一样相同的值）准静态分量（在弯道上的滚动模拟）： Fzq1=-Fzq2=a.Fz（见第4.1节）动态分量（车身弹跳模拟）： Fzq1=-Fzq2=b.Fz（见第4.1节） 横向力（每个转向架）：准静态分量：Fyq = 0.25. (Fz + 0.5m+.g)动态分量：Fyd = 0.25. (Fz + 0.5m+.g) 当转向架加上它的悬挂装置承受5的轨道扭曲负载时，转向构架扭曲。*6.3 测试规程：测试要在一种测试装置上进行，这种测试装置允许将各个力准确地施加和分配到它们在使用中所起作用的相同的位置上，而且同时又能正确地模拟与悬挂装置和连接各部件的转向架/车射相关的自由摆动的演示和摆动程度。*6.3.1 准静态和动态负载：测试包括表示在右弯道和左弯道上行驶的交变准静态和动态负载顺序。如果在第4段中定义的静态测试表明，轨道扭曲仅在转向架的有限区间内引起应力，其中由垂直力和横向力引起的应力是较小的，在第一阶段，疲劳测试可以在仅带有垂直力和横向力的情况下进行。在这种情况下，垂直和横向的准静态和动态力随着时间在变化，就像在“附录2”的图中所示的那样。在与向右或向左弯道相对应的每个顺序中，垂直和横向的动态循环数通常为20。在转向架用于带有许多弯道的线路的情况下，这个数字可以减小到10，或者当线路具有例外数目的弯道时，这个数字可以减至更小。垂直力和横向力的动态变化应当具有相同的频率和相位，就像图中所示的那样。该测试应当包括许多顺序，以模拟像左弯道那么多的右弯道。测试要分三个阶段进行，相应地增加施加负载的水平，像在“附录3”中所示那样。 第一个负载阶段，包括动态循环的总数为6106。 第二个负载阶段，包括2106个循环，这时静态力不变，而准静态和动态力要乘以1.2。 第三个负载阶段，包括2106个循环，并且要像第二个阶段一样来进行，但是，因子1.2要换成1.4。*6.3.2 轨道扭曲负载：106交变轨道扭曲负载要完全施加：6105系指“附录3”中图上的第一个负载阶段，而2105系指其他两个阶段中的每一个阶段，在些期间，轨道扭曲的幅度分别要乘以1.2和1.4。为了定义这些测试，静态测试的结果和现有测试装置的能力都应予以考虑。 如果静态测试表明，转向构架不受轨道扭曲的影响（例如，在带有低扭曲度的转向架的情况下，或者在带有铰接转向构架的转向架情况下），轨道扭曲的模拟测试是没有必要的。 如果在第4段中静态测试显示，轨道扭曲负载的影响显然与垂直力和横向力引起的那些影响不同（例如，因为在不同区段中出现的应力亦将不同），因而轨道扭曲模拟循环可以分别从其他负载上施加。如果上述条件没有一个被满足，则测试试验台应予改装，以便施加垂直力和横向力，并且同时施加轨道扭曲负载。*6.4 获得的结果： 在前两个负载阶段之后，应当不发现裂纹。这要通过非破坏性检查（磁粒子或染料渗透试验）来确认，非破坏性检查要在第一个和第二个负载阶段结束时在4106循环之后进行。在第三个负载阶段期间，出现很小的裂纹是可以接受的，只要它们在使用中出现时不需要立即修理即可。在这种情况下，建议请求制造厂商局部地修改转向架的设计，以便增加它的强度，而无需重新进行测试。 在静态测试期间在发现最大应力的位置上应力的发展，应当在疲劳测试期间利用应变仪监视，并且特别当应力超过极限应力时要根据第4.3节的公差来判定是否允许。 对于位于第二悬挂装置上的部件，在静态测试期间由于横向力超值而发现过载的位置上出现的任何裂纹将无需进行考虑。 在进行转向架本身的疲劳测试之前，建议对所连接部件（例如，柔性连接装置）进行疲劳测试，以便确定它们的使用寿命，并且要避免在完整的转向构架测试期间发生任何意外。7. 疲劳强度的估算如果疲劳测试不能进行，则建议利用下面的估算过程来替代：在进行静态测试之后，转向架要在有代表性的使用中的轨道和速度条件下进行测试。在静态测试期间发现的临界点上测量应力。在转向架上出现裂纹的概率应按照适当的国内或国际方法进行估算。这些方法尚未标准化。附录1图形显示出在静态测试期间所施加的力附录2图形显示出在疲劳测试期间施加的力与时间的关系在z方向上施加的力在y方向上施加的力附录3疲劳测试阶段的定义a= （静态）垂直b= 1（准静态+动态），垂直和横向c= 1，2（准静态+动态），垂直和横向d= 1，4（准静态+动态），垂直和横向应 用自1994年元月1日起执行国际铁路联盟全体成员记录参考在所研究问题方面的标题：论题5/A/7项目2.2电动转向架的要求（牵引和铁路车辆委员会：约克城，1993年5月）版权所有。本资料的任何部分未经作者事先同意，不得以任何形式，或者使用任何过程，不论是电子的或机械的（包括照相复制和缩微胶片）形式进行复制。 1993年国际铁路联盟16, rue Jean Rey 75015 巴黎（法国）N ISBN 编号未定 17